Los apagones de energía de Sudáfrica: las soluciones se encuentran en las granjas solares y el almacenamiento de baterías a escala, y el fin del monopolio estatal

Profesor de Gestión de Tecnología, Universidad de Pretoria

David Richard Walwyn recibe fondos de la Fundación Nacional de Investigación para un proyecto sobre el desarrollo de tecnología de vehículo a red. El proyecto no tiene relación con el contenido de este artículo.

La Universidad de Pretoria proporciona financiación como socio de The Conversation AFRICA.

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Los apagones continuos le están costando muy caro a Sudáfrica. La crisis de la electricidad es una barrera para el crecimiento, destruye la confianza de los inversores y perjudica a casi todas las actividades económicas. Ha elevado los costos de los insumos para los productores y minoristas, y ha desencadenado una nueva ronda de inflación y aumentos de las tasas de interés.

Obviamente, cualquier solución incurrirá en costos porque requerirá la adopción de nuevas tecnologías, como granjas solares a gran escala conectadas a la red que están vinculadas al almacenamiento de energía de la batería. Pero estas tecnologías son caras. Una granja solar que consta de 50 MW de paneles fotovoltaicos con 240 MWh de capacidad de almacenamiento costará 2.600 millones de rand. Las baterías son el mayor desembolso, representando alrededor del 40% del costo total.

Un panel fotovoltaico convierte la energía solar en electricidad, que se puede utilizar para cargar un banco de baterías o abastecer a los consumidores directamente. Luego, las baterías suministran la energía almacenada a la red durante los períodos pico.

La combinación de la energía solar con el almacenamiento la hace más costosa que el carbón, que aún representa el 80 % de la generación de electricidad de Sudáfrica, cuando se comparan las unidades de energía producidas. Pero esta tecnología es asequible en relación con las opciones que los consumidores ya están adoptando en volúmenes significativos (generadores diésel o baterías a pequeña escala acopladas a inversores), siempre que sea a gran escala y se utilice solo para la potencia máxima.

Argumento que Sudáfrica puede resolver gran parte de su crisis energética mediante la construcción de nuevas instalaciones que consisten en almacenamiento de baterías con paneles fotovoltaicos. Sin embargo, la nueva tecnología no puede utilizarse sin la reforma del mercado mayorista de energía.

Gran parte de la atención de los medios a la crisis energética se ha centrado en la capacidad de generación, o la falta de ella. Pero hay otro contribuyente igualmente importante: el fracaso del gobierno en desagregar Eskom (la empresa de servicios públicos de electricidad de propiedad estatal) y crear un operador de mercado y un operador del sistema de transmisión como entidades independientes.

Un operador de mercado es una "bolsa de valores" de energía. Facilita los contratos entre los productores de energía, el sistema de transmisión y los distribuidores. Muchos países del mundo ya han reestructurado su industria de suministro de electricidad para establecer dicho mercado e introducir una mayor competencia entre los productores de energía.

El Reino Unido, Canadá, los EE. UU. y muchos países de la Unión Europea han emprendido reformas de mercado como esta, con resultados positivos.

Sudáfrica indicó su intención de seguir tal enfoque en 1998. Pero nunca ha actuado de acuerdo con esta política. En cambio, ha mantenido viva una empresa estatal cada vez más ineficiente y disfuncional. Como resultado, el país tiene escasez de capacidad de generación, escasez de capacidad de conexión y transmisión, y un desastre ambiental creciente.

El análisis de los datos de uso del portal Eskom sugiere que los apagones continuos han provocado cambios en el panorama energético del país.

Por el lado de la oferta, los clientes utilizan cada vez más fuentes de energía alternativas. Los consumidores que requieren un suministro de energía estable han hecho planes alternativos, en la mayoría de los casos cambiando al uso de generadores diesel. Las cifras de consumo de diesel no están disponibles, pero, con base en el déficit de electricidad, estimo, usando los datos de abril de 2023, que el uso adicional de diesel, excluyendo Eskom y los productores de energía independientes, fue de aproximadamente 660 millones de litros por mes, lo cual es casi la misma cantidad que la utilizada por todo el sector del transporte.

Por el lado de la demanda, los apagones han provocado cambios en el uso de la red eléctrica en un momento diferente del ciclo día/noche. Esto ha sido impulsado principalmente por el uso de baterías de litio. Eskom ya informa que existe una demanda adicional de 1,4 GW para recargar el almacenamiento de la batería, o alrededor de un 5 % de carga adicional en la red.

El costo de un sistema de batería más inversor para satisfacer las necesidades de un hogar promedio con deslastre de carga de la Etapa 4, que es de aproximadamente 6 horas de cortes cada 24 horas, es de alrededor de R100,000 a R150,000 (alrededor de US $ 5,000 a $ 7,600) . A las tasas de interés actuales, y suponiendo un consumo de energía promedio de 15kWh por día y una tarifa Eskom de R2,75 por kWh, el costo neto será de R6,10 por kWh. Esto lo hace más caro que el diesel.

La energía de respaldo de un generador diesel de 8 kVA, utilizando el mismo conjunto de suposiciones, costará alrededor de R5.20 por kWh, incluidos los costos de capital y diesel.

La instalación de 1,4GW de capacidad de batería a nivel nacional confirma que ya existe un mercado para la compra de energía a mayor costo. La seguridad energética es una necesidad para muchas empresas, especialmente aquellas que operan almacenamiento en frío o equipos esenciales.

En un artículo publicado recientemente, expuse cómo sería el panorama si Sudáfrica implementara un plan para equilibrar la capacidad de energía renovable y las tarifas según el tiempo de uso, y acabara con el monopolio de Eskom.

Los clientes podían pagar diferentes tarifas según la hora del día en que usaran la electricidad.

Para mi artículo, utilicé un modelo simple para la red de energía de Sudáfrica y consideré la configuración óptima para una instalación de almacenamiento de batería/fotovoltaica que podría proporcionar una potencia máxima de 6 GW, que es aproximadamente el 20 % de la demanda total.

Llegó a la conclusión de que la red necesitaría una capacidad fotovoltaica instalada de 18 GW, junto con un sistema de almacenamiento de 3,7 GW/10,4 GWh. La instalación se amortizaría sola si se pudiera cobrar una tarifa por tiempo de uso de 3,50 rands por kWh, casi el doble de la tarifa actual, excluyendo los cargos de red.

Pero esto requeriría terminar con el monopolio de distribución de Eskom y el establecimiento del operador del mercado. Las diferentes tarifas serían el resultado de la competencia entre diferentes jugadores.

El análisis sugiere que sería posible resolver el problema de la potencia máxima en tres pasos. En primer lugar, desagregar Eskom y establecer el operador del mercado, en segundo lugar, utilizar los fondos de rescate para crear capacidad de conexión y, en tercer lugar, utilizar el operador del mercado para crear capacidad fotovoltaica/de baterías a gran escala. La reforma del mercado ha estado en la agenda política durante casi 25 años. Pero se han hecho pocos progresos reales. Sudáfrica debería dejar de dar vueltas en círculos. Necesita tomar una línea recta en el carril rápido.